雷晓晨肠肝对话：新篇章-消化科空间

雷晓晨中华消化杂志, 2018,38(2)
自1998年马歇尔(Marshall)提出"肠-肝轴"以来，其在多种肝脏和肠道疾病的发病机制和治疗中的重要作用已得到证实[1]。既往研究发现，多种肝脏疾病病程中伴随肠道微生态的改变，但对其认识仍存在一定的局限性，例如缺少大样本的临床对照研究，仅描述了肠道微生态在门水平上的差异，未对菌群进行更深入的分类。并且依旧缺少针对改善肝脏疾病的肠道微生态新制剂的研究。目前，该领域的研究进展很快，一些新的发现提示临床医师研究"肠肝对话"不仅要关注肠道微生态，而且要关注肠道微生态的代谢产物对肝脏疾病的影响，以及肠道免疫对肝脏免疫的影响等，从而更全面地深刻认识"肠肝对话"，为肝脏疾病的诊治提供新的思路。
一、鉴定与疾病相关的功能菌株
目前认为，慢性肝病存在肠道微生态改变，肠道微生态改变又参与了慢性肝病的发生和发展，许多慢性肝脏疾病中存在具有疾病特点的肠道菌群结构。研究表明，非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)患者的肠道菌群在门的水平上，粪便中厚壁菌门和拟杆菌门丰度升高，肠道黏膜中变形菌门丰度升高；在属的水平上，粪便和肠道黏膜中埃希菌属丰度升高。然而，既往研究多从横断面角度分析肠道微生态结构的变化，在门的水平上对肠道菌群进行检测，不同肝脏疾病存在相似的菌群结构变化，而相同的肝脏疾病也存在一些不同的菌群结构变化。因此，针对肠道菌群在门水平上的检测已经限制了临床医师对肠道微生态的进一步理解，但针对肠道微生态在属、种水平上的差异，以及种水平下功能菌株的研究依然匮乏，这提示鉴定出疾病相关的特异性菌群变化并寻找具有相似功能的靶菌群或者具有确定作用的功能菌株对阐述肠道微生态的功能具有重要的意义。Fei和Zhao[2]从肥胖患者中分离出功能菌株阴沟肠杆菌B29，并在无菌小鼠中得到验证；同时，临床研究表明该肥胖患者改善生活习惯后，其肠道阴沟肠杆菌B29菌株的丰度明显下降。笔者课题组的前期研究，从非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)患者中分离鉴定出大肠埃希菌株NF，对该菌株进行全基因组测序及基因功能注释，并在小鼠实验中验证，结果证明大肠埃希菌株NF可破坏肠黏膜屏障，促进肝脏炎性反应，从而加速NAFLD患者的疾病进展。鉴于此，未来对肠道微生态的研究可以深入到菌株水平，通过体外培养等方法寻找与疾病相关的功能菌株，从而为进一步了解疾病的发病机制和微生物靶向治疗提供理论基础。
二、肠道微生态来源的代谢产物对肝脏的影响
"肠-肝轴"理论提供了肠道来源的因素影响肝脏疾病发生和发展的新证据。肠道微生物产生的大量代谢产物及其组分作用于肠道黏膜免疫系统，而肠黏膜屏障可分泌IgA控制细菌过度生长，并且对病原体和抵达肠屏障的细菌产生应答，刺激肠道相关淋巴组织释放促炎因子，以调节微生物稳态。当肝脏功能正常时，肠黏膜屏障损伤，导致肠道通透性增加，细菌代谢产物及其组分透过肠上皮屏障经门静脉入肝，但肝脏依然可依赖其强大的免疫系统对逃避肠道免疫监视的抗原发挥防御作用[3]。而当肝脏功能受损时，肠黏膜屏障破坏则会加重肝病患者的肝脏炎性反应和纤维化。目前，关于细菌代谢产物的研究为理解NASH的发病机制提供了新的视角。高脂高糖饮食可明显促进NAFLD的发展，其不仅依赖于增多的卡路里摄入量发挥作用，还以不同的方式改变肠道微生态和肠黏膜屏障，产生内毒素血症，促进胰岛素抵抗，最终影响肝脏的代谢。此外，研究发现NASH患者肠道产乙醇的菌群较健康人增多，在体内产生"内源性乙醇"，循环至肝脏代谢为乙醛，导致肝脏炎性反应发生[4]。与此类似，酒精性肝病的发生也有肠道微生态的参与。长期饮酒使肠道微生物群产生长链脂肪酸的能力受损，这导致与其共生的肠道乳酸杆菌水平降低。肠道真菌多样性减少，念珠菌过度生长，循环系统中真菌细胞壁成分β-葡聚糖和酿酒酵母的水平升高，也可诱导肝脏发生炎性反应[5]。同时，肠道的营养物质也对维持肠道微生态起重要作用。肠道微生物群通过分解碳水化合物产生短链脂肪酸，例如丁酸盐，其通过调节紧密连接蛋白和黏蛋白的表达维持肠黏膜屏障完整性，通过调节中性粒细胞的免疫功能加固肠黏膜屏障。另一方面，肝脏功能受损状态下，尤其是肝硬化和重型肝炎时，门静脉高压等多重因素作用导致肠道菌群失调，肠道黏膜通透性增高，肠道细菌移位。
三、胆汁酸代谢失衡影响肝脏和肠道的正常生理功能
胆汁酸代谢在肠道与肝脏疾病之间扮演了重要的角色，胆汁酸可以调节肠道微生态，并参与了机体代谢稳态的调控。胆汁酸代谢与脂代谢紊乱相关，肠道和肝脏的法尼醇X受体(farnesoid X receptor，FXR)参与了机体代谢紊乱时的脂质和胆汁酸代谢，与胆汁酸肠-肝循环存在密切联系。给予小鼠口服高选择性肠道FXR抑制剂可以改善高脂饮食诱导的肥胖、胰岛素抵抗和肝脏脂质沉积，这一过程与抑制肠道神经酰胺合成进而促进脂肪棕色化过程有关[6]。反之亦然，肠道细菌也可以通过其胆盐水解酶介导微生物-宿主间脂质代谢的调节，并参与宿主胆固醇代谢和体质量的调控。当出现胆道梗阻时，胆汁酸的肠肝循环受到影响，胆盐无法发挥抑制内毒素吸收的作用；胆汁的缺乏会显著降低食欲，由于缺少食物、消化液和各种消化酶的刺激，肠道黏膜修复、更新能力下降，肠道的化学和免疫屏障损伤，此时胆汁的抑菌和抗菌作用无法发挥，肠道细菌过度繁殖、菌群失调、细菌移位，进而产生脓毒症或者内毒素血症。同样，肠道微生态对维护胆管生理功能具有一定的作用，原发性硬化性胆管炎的小鼠模型在无菌状态下呈现出更加严重的血清生物化学和组织学表型，给予肠道微生物代谢生成的次级胆酸-熊去氧胆酸后，可减少胆管细胞的衰老[7]。胆汁酸的代谢异常对IBD的进程和表型也有重要影响，而IBD相关的肠道菌群失调也可引起胆汁酸的代谢异常，并影响肠道稳态。
四、免疫系统参与"肠-肝轴"的相互调节
在对"肠-肝轴"的理解过程中，不仅要关注肠道微生态及其代谢产物，关注胆汁酸循环，还要关注肝肠免疫调节。在免疫方面，肝脏和肠道都有对抗原的耐受能力，同时具备有效的抗菌反应；两者的耐受反应又由其微环境的抗原提呈细胞所介导。肝脏对经过肠道进入的病原体进行免疫监视，肠道来源抗原和细胞因子可直接通过门静脉入肝，肝脏内的库普弗细胞(Kupffer cell)、肝窦内皮细胞和胆管细胞均表达模式识别受体(pattern recognition receptor，PRR)，使其能够对肠源性细菌产物产生反应，诱导肝脏免疫耐受或免疫反应[8]。肠道菌群变化具有调节肝脏免疫系统清除病原体和有害代谢产物的作用，而肝脏的免疫系统失衡也会影响肠道微生物组成。肠道微生态紊乱时高表达CX3C趋化因子受体(CX3C chemokine receptor 1，CX3CR1)的单核巨噬细胞能够携带肠道细菌迁移到肠系膜淋巴结，CX3CR1缺失小鼠的单核巨噬细胞不能及时携带细菌迁移到肠系膜淋巴结诱导相应的免疫反应，加剧了肠道微生态的紊乱，恶化了肝脏的炎性反应[9]。笔者课题组发现在NAFLD小鼠模型中，肠道来源的淋巴细胞能够穿梭进入肝脏，诱导肝脏炎性反应和肝损伤的发生，脂质代谢紊乱导致肠道免疫细胞归巢异常[10]。这些结果都提示了肠道免疫反应和免疫细胞的肠肝穿梭在调控肝脏稳态中的重要作用，肝肠之间在免疫层面存在相互交叉。
综上所述，深入探究肠道微生态、肝脏和肠道免疫调节、胆汁酸代谢三者之间的联系，为更好地理解以"肠-肝轴"为内在核心的消化系统疾病有重要意义。同时，其对于肝脏疾病的治疗也带来了新的视角，提醒临床工作者不仅要关注患病的靶器官，还要改善肠黏膜屏障，才可能使肝脏疾病患者获益。

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